Characterization of the interface of co-extruded asymmetric aluminum-titanium composite profiles

• Published in: Materialwissenschaft und Werkstofftechnik Vol. 45; no. 12; pp. 1054 - 1060
• Main Authors: Grittner, N., Striewe, B., von Hehl, A., Engelhardt, M., Klose, C., Nürnberger, F.
• Format: Journal Article
• Language: English
• Published: Weinheim WILEY-VCH Verlag 01-12-2014; WILEY‐VCH Verlag; Wiley Subscription Services, Inc
• Subjects: Adhesive bonding; Adhesive strength; Aluminium; Aluminum; Aluminum base alloys; Bend strength; Bonding; Bonding strength; Chemical bonds; co-extrusion; Coextrusion; Corrosion potential; Corrosion resistance; Corrosion resistant alloys; diffusion bonding; Diffusionsschweißen; ECAP; Electron probe microanalysis; Electron probes; Energy dispersive X ray analysis; Equal channel angular extrusion; Equal channel angular pressing; Extrusion; Extrusion dies; Heat treatment; intermetallic layer; intermetallische Phasen; LACE; Light metal alloys; Mechanical properties; Metal compounds; Scanning electron microscopy; Tensile tests; Titan; Titanium; Titanium alloys; Titanium base alloys; Titanium compounds; Verbundstrangpressen; X ray analysis
• ISSN: 0933-5137; 1521-4052
• DOI: 10.1002/mawe.201400353

The combination of different light alloys enables lightweight solutions with tailor‐made properties at the macroscopic global as well as at the microscopic scale. In this context co‐extrusion by a lateral angular co‐extrusion (LACE) process offers a great potential for advanced profiled structures. While titanium alloys show particular high mechanical strength and good corrosion resistance, aluminium alloys provide a considerable high specific bending stiffness along with low materials costs.
The mechanical properties of metallic compounds strongly depend on the bonding mechanisms, which are initiated during processing. In order to enable a rigid adhesive bond between Al and Ti in this study the extrusions were processed by means of a newly developed lateral angular co‐extrusion that is a modified equal channel angular pressing process (ECAP). Latter is known for promoting diffusion bonding by reducing the activation energy. Hence, the study is focused on the general manufacturing of Al–Ti‐compounds by lateral angular co‐extrusion. The second aim of the study was to investigate the development of the bonding zone during processing. Experiments were made with the material combination Al99.5 and titanium grade 2. The bonding zones of the co‐extruded samples were analyzed by scanning electron microscopy and energy dispersive X‐ray analysis. The bond strength was determined by quasi‐static tensile tests. Compared to the as‐extruded condition an intermetallic layer was formed during heat treatment. The layer was characterized by scanning electron microscopy and electron probe micro analysis.
Die Kombination verschiedener Leichtmetalle ermöglicht Leichtbaulösungen mit maßgeschneiderten Eigenschaften. Während Titanlegierungen beispielsweise besonders hohe mechanische Festigkeiten und eine gute Korrosionsbeständigkeit aufweisen, bieten Aluminiumlegierungen eine besonders hohe spezifische Biegesteifigkeit bei geringen Materialkosten. In diesem Zusammenhang bietet das Verbundstrangpressen mittels equal channel angular pressing (ECAP) ein großes Potenzial zur Herstellung von Verbundprofilen.
Die mechanischen Eigenschaften von Werkstoffverbunden hängen sehr stark von den gewählten Prozessparametern ab. Um eine gute Verbindung zwischen Aluminium und Titan zu erzeugen, wurde das ECAP‐Verfahren eingesetzt. Bei diesem ist die Entstehung einer Diffusionsschicht begünstigt. Es konnte gezeigt werden, dass mittels des ECAP‐Verfahrens Werkstoffverbunde bestehend aus Titan und Aluminium hergestellt werden können. Es wurden Versuche mit der Materialkombination Al99,5 und Titan grade 2 durchgeführt. Die Verbindungszonen der verbundstranggepressten Proben wurden mittels Rasterelektronenmikroskopie und energiedispersiver Röntgenanalyse untersucht. Die Haftfestigkeit wurde mittels quasistatischer Zugversuche bestimmt. Vergleichend wurden Untersuchungen an wärmebehandelten Proben mit gezielt eingestellten Diffusionsschichtdicken durchgeführt.